CONCEPTO DE ENERGIA

Energía- Capacidad que posee un sistema de realizar trabajo "Energía es todo aquello capaz de producir trabajo mecánico, directa o indirectamente". La energía por tanto se puede presentar de diferentes formas, pero para que sea considerada como tal tiene que ser capaz de producir trabajo. Según la definición anterior se tienen los siguientes ejemplos:

- Un muelle comprimido y sujeto posee energía por que al quitar el pasador, puede empujar un objeto, desplazándolo.

- Una masa de agua embalsada a una cierta altura posee energía porque si se deja caer el agua puede mover las palas de una turbina produciendo trabajo mecánico.

- Un trozo de carbón posee energía porque al quemarlo produce calor, este calor a su vez puede transformar agua en vapor y el vapor puede expandirse y mover un émbolo produciendo energía mecánica.

Los físicos clasifican las diferentes formas de la energía en:

- Energía eléctrica: puede presentarse como la energía que posee un sistema de cargas eléctricas en reposo, o bien es la que tiene la corriente eléctrica, es decir las cargas en movimiento. La energía por unidad de tiempo de una corriente de intensidad I, circulando por un conductor entre una diferencia de potencial I es I·V. Si la intensidad se mide en amperios y "V" en voltios, el producto se mide en vatios (W).

- Energía electromagnética: es la que transportan las ondas electromagnéticas, es el caso de la luz y el calor radiado por el sol.

- Energía interna: es la energía que poseen las moléculas de un cuerpo debido a su propio movimiento.

- Energía mecánica: se puede presentar de diferentes maneras, las más conocidas son:

La energía cinética es la debida a la velocidad v. Una masa m a una velocidad v, tienen una energía cinética de ½ m·v².

La energía potencial gravitatoria, sobre la superficie de la tierra, es la que tiene una masa m que está a una altura h respecto del suelo: mgh. Siendo g la aceleración de la gravedad.

- Energía nuclear: es debida a la transformación de la masa en energía, si una masa "m" se transforma en energía, la cantidad de energía producida es mc², siendo "c" la velocidad de la luz.

- Energía química: es la que se absorbe o desprende cuando tiene lugar una reacción química.

- Energía térmica: es el calor, se define como la energía de tránsito entre dos focos a distinta temperatura.

La unidad internacional de la energía es el julio, que se define como la cantidad de trabajo necesaria para que una fuerza de un Newton desplace un objeto un metro, en la dirección y sentido de la fuerza. Existen otras unidades de energía, algunas de ellas se presentan en la siguiente tabla junto con su equivalencia:

Fuentes de energía

Las fuentes de energía se pueden clasificar en renovables y no renovables.

Casi todos los recursos energéticos tienen su origen en el sol, que va cargando o renovando los depósitos a través de un proceso que puede ser lento o rápido.

Las energías renovables son aquellas cuyo consumo no las agota, tal es el caso de la energía hidráulica, tarde o temprano caerá la lluvia y el agua se almacenará en los embalses:

- Energía solar

- Energía eólica

- Energía Geotérmica

- Maremotriz

- Térmica marina

- Energía de las olas

- Biomasa

- Hidráulica

Las energías no renovables son aquellas que se agotan al ser consumidas progresivamente:

- Recursos Fósiles: carbón, petróleo, gas natural - Mineral de uranio - Deuterio (que puede extraerse del agua del mar) La energía que consume un país pasa por diversas etapas de transformación, desde la energía inicial tomada de la fuente energética hasta su posterior elaboración, transformación y uso. Esta energía inicial se llama primaria.

Energías no renovables

Carbón

El carbón es un mineral fósil, ligero, de color negro procedente de la fosilización de restos orgánicos vegetales durante el período carbonífero de la edad primaria principalmente, aunque de forma ocasional se han encontrado depósitos de la era secundaria. El carbón mineral se clasifica según la cantidad de carbono que contiene en:

- antracita

- hulla

- lignito

- turba

La antracita es el que tiene mayor contenido energético y la turba el que menos.

El carbón contiene además numerosas sustancias volátiles y agua.

Desde el punto de vista energético es muy importante la potencia calorífica del carbón o energía desprendida por un Kg. que se queme totalmente. Esta oscila entre 30.000 y 15.000 KJ/Kg. para antracitas, lignitos y hullas. La turba da cantidades inferiores.

Cabe destacar que el carbón no sólo sirve para producir energía calorífica cuando es quemado, también se utiliza como materia prima para obtener otras sustancias. Las compañías de gas llevan a cabo un proceso de destilación de la hulla del que se obtiene gas combustible más conocido como gas ciudad o gas manufacturado y su potencia calorífica varía entre 17.000 y 25000 KJ/m3

Se puede obtener también un residuo llamado coque que se emplea como combustible en la industria de los altos hornos.

Del carbón puede obtenerse también gasolina aunque el proceso es antieconómico.

Petróleo

El petróleo es un recurso fósil que se emplea como energía primaria y que sustituyó al carbón que era la fuente principal de la energía a finales del siglo XIX. La crisis del petróleo motivada por la alarmante subida de precio del mismo ha estabilizado su consumo consiguiendo que los países disminuyan su dependencia diversificando el consumo energético entre otras fuentes. Es un líquido de color oscuro aspecto aceitoso, olor fuerte y densidad comprendida entre 0,8 y 0,95. Está formado por una mezcla de hidrocarburos.

El petróleo comparte con el carbón, el gas natural y los esquistos bituminosos un origen común: la materia orgánica degradada, en su mayoría de origen vegetal (en tierra procedente de vegetales superiores y en mar del fitoplancton) por microorganismos, en ausencia de aire.

El petróleo se origina a partir de una materia prima llamada querógeno, formada por deposición de la materia orgánica procedente de organismos vivos microscópico que vivían en mares, lagos y desembocaduras de los ríos. Está constituido por pequeñas partículas, algunas de las cuales tienen su origen en las esporas, polen, tejidos vegetales, pero en su mayor parte no son identificables ya que se presentan en estado amorfo.

Suele encontrarse en yacimientos, generalmente entre una capa de gas y otra de agua salada, localizados en puntos donde una anomalía o una falla estructural ha permitido que el petróleo se acumule en la parte superior, siempre que exista un techo impermeable que impida el escape. La profundidad de las bolsas es muy variada, puede llegar hasta 15 km o más, sin embargo, los yacimientos rentables no deben superar los siete km.

El empleo del petróleo requiere que sea sometido a una serie de transformaciones llamadas refino, que conduce a una amplia gama de sustancias. La operación fundamental es la destilación fraccionada: el petróleo está constituido por una mezcla de hidrocarburos de distinto punto de ebullición, al calentarlo de forma conveniente se van separando, primero los más ligeros (menor punto de ebullición), formando distintas fracciones que tienen usos y aplicaciones diversos. Los productos principales son:

- Gases del petróleo

- Gasolinas: ligeras medias y pesadas, se emplean como combustibles de los motores de explosión

- Nafta: combustible utilizado por los motores de reacción, también se utiliza como materia prima para la industria petroquímica

- Queroseno: utilizado como combustible y materia prima

- Gas-oil: combustible típico de los motores diesel

- Fuel-oil

- Productos pesados: parafina, betún (utilizado en la construcción de carreteras y coque (se utiliza en la fabricación de electrodos, colorantes etc.).

Hoy en día es innumerable la lista de sustancias que directa o indirectamente se obtienen del petróleo o de sus derivados: medicamentos, abonos plásticos, explosivos, colorantes, fibras artificiales, etc., de ahí la necesidad de no malgastarlo, empleándolo como combustible más de lo necesario o conveniente.

Gas

El gas como recurso energético fósil es el gas natural, su origen es similar al del petróleo y está frecuentemente asociado a éste en los yacimientos, aunque los hay exclusivamente de gas. El contenido fundamental es de metano y su poder calorífico es de 35.000 y 50.000 kJ/m3.

Aunque aparentemente es el sustituto ideal del petróleo como combustible, presenta problemas de almacenamiento y transporte. Se puede transportar mediante gasoductos, más costosos que los oleoductos porque necesita estaciones de recompresión. También licuándolo, de esta manera ocupa menos volumen aunque se necesitan plantas de licuefacción y regasificación.

Es un combustible limpio y bastante seguro siempre que se observen normas mínimas de seguridad.

Además del gas natural, existen otros gases combustibles de distinto origen y procedencia:

- Gas ciudad o manufacturado: se obtiene a partir de la hulla y se utiliza como combustible doméstico.

- Gas de refinería: gas combustible de alto poder calorífico que se obtiene como producto residual en las refinerías de petróleo.

- Gases licuados del petróleo: son los vulgarmente conocidos con el nombre de gas butano y propano.

- Gas de los pantanos: es una mezcla de metano y anhídrido carbónico, que se forma por descomposición bacteriana de restos vegetales en los pantanos. No tiene uso comercial, aunque existe un procedimiento que se está empezando a utilizar en la actualidad, que consiste en obtener un gas llamado biogás, de composición análoga a éste, pero de forma artificial a partir de residuos orgánicos desechables.

Energía nuclear

Un neutrón libre con la velocidad suficiente, puede chocar contra un núcleo y escindirlo en dos partes liberando una cantidad de energía llamada energía de fisión.

Dos núcleos ligeros pueden, en circunstancias apropiadas, fusionarse en otro mayor liberando una energía llamada energía de fusión. Si la energía liberada en la combustión de un kg de carbón es del orden de 103 julios, en la fisión de un kg de uranio se producen del orden de 1013 julios y en la fusión de un kg de deuterio 1014 julios.

Sin embargo, el uso de la energía nuclear no es tan sencillo, el uranio que se fisiona no es el isótopo más abundante, sino el de número másico 235, que se presenta en muy escasa proporción en la naturaleza. Otro inconveniente radica en que las operaciones necesarias para obtener energía nuclear implican el manejo de sustancias radiactivas.

La liberación súbita y explosiva de la energía de fisión tal y como se produjo cuando explotó la primera bomba atómica, no puede ser empleada de forma útil. Es necesario llevar a cabo una reacción de fisión de forma lenta y controlada. Esta operación se llevó a cabo en una central nuclear. El primer reactor nuclear funcionó correctamente por primera vez el 2 de diciembre de 1942 en Chicago. El director de este proyecto fue Enrico Fermi. No se produce fisión siempre que el núcleo absorbe un neutrón. La probabilidad de que se produzca una reacción de fisión viene definida por un parámetro que se llama sección eficaz de fisión y que varía con el combustible empleado y la energía del neutrón.

En la naturaleza, sólo son fisionables el Uranio y el Torio. El uranio tiene dos isótopos U235 y U238. El U235 presenta mayor sección eficaz que el U238, sin embargo este último al absorber un neutrón se transforma en Plutonio 239 que no existe en la naturaleza pero que si es fisionable. Luego la energía se obtiene de fisionar U235 y Pu239.

Cuando un neutrón choca con un átomo fisionable se pueden producir tres tipos de reacciones:

- Reacción de absorción: el núcleo del átomo fisionable absorbe el neutrón - Reacción de dispersión el neutrón rebota y se pierde - Reacción de fisión: produce la escisión del núcleo Los núcleo fisionados liberan más neutrones (2 o 3) y así sucesivamente, de manera que si la reacción no se controla debidamente, se puede producir de una forma violenta.

La energía de fusión es otra manera de manifestación de la energía nuclear, es la energía liberada cuando dos núcleos ligeros se fusionan para dar lugar a un núcleo de mayor número másico. La sustancia más apropiada para fusionarse es el hidrógeno o alguno de sus isótopos y dan lugar a un átomo de helio, en una reacción similar a la que se produce en el sol.

Normalmente los átomos que se fusionan son un núcleo de deuterio y otro de tritio, para que se produzca la reacción es necesario mantener la materia en forma de plasma, millones de grados durante un tiempo. Hasta hoy no se ha demostrado su viabilidad debido a la imposibilidad de contar con un reactor que soporte el confinamiento de la materia a esta temperatura. Para controlar la reacción se experimenta con dos sistemas: el confinamiento inercial que utiliza rayos láser para calentar y comprimir una mezcla de deuterio y tritio; y el confinamiento magnético que se basa en tener encerrado el gas en un campo magnético de especiales características geométricas.

Energías renovables

Las llamadas energías renovables, son las regeneradas por el sol. La energía solar y geotérmica constituyen caso aparte, puesto que en ninguno de los dos puede hablarse de regeneración, sin embargo se incluyen dentro de las energías renovables por tener muchas características en común.

Energía solar

Se extrae de un depósito que tiene casi una capacidad infinita, el sol. en el se produce una reacción termonuclear fusionándose dos núcleos de hidrógeno para dar uno de helio. Como resultado de estas reacciones, se libera una gran cantidad de energía en forma de radiación electromagnética. Parte de la energía de la radiación solar, se pierde al atravesar la atmósfera. La tierra intercepta la radiación solar y la devuelve en forma de calor.

En la actualidad se estudian varios sistemas para captar la energía solar, el más utilizado es el fototérmico y el fotovoltaico.

Mediante el sistema fototérmico se trata de captar la energía de la radiación solar, calentando un fluido generalmente líquido, de forma que en otro lugar podamos aprovechar su energía interna. Cuando el fluido capta energía está en un recipiente que tiene algunas características especiales. El líquido circula por unos tubos oscuros situados sobre una superficie del mismo color, todo el conjunto está tapado con un vidrio de forma que se produzca el efecto invernadero (se permite el paso de la radiación pero se impide las salida del calor). Una forma de utilizar y almacenar esta energía es la que aparece en el siguiente esquema.

Con el sistema fotovoltaico se transforma la luz solar en electricidad. Esta conversión directa, se realiza mediante los semiconductores. La luz interacciona con los electrones del semiconductor y provoca el movimiento de algunos de ellos, del lugar donde sale un electrón, aparece un hueco con carga positiva. Si se mueve un electrón próximo a este hueco, lo ocupará dejando un nuevo hueco positivo. El movimiento de estas cargas produce una corriente eléctrica que puede utilizarse como fuente de energía. Los aparatos que llevan a cabo esta conversión,se llaman células fotovoltaicas. La sustancia semiconductora más utilizada es el silicio.

Energía eólica

Se debe a la energía cinética del aire, la potencia que se obtiene es directamente proporcional al cubo de la velocidad del viento, por tanto pequeñas variaciones de velocidad, dan lugar a grandes variaciones de potencia. Los aparatos que se utilizan para transformar la energía cinética en electricidad se llaman aerogeneradores. Están provistos de dos o más palas que giran por la acción del viento, este movimiento se transmiten a una dinamo o a un alternador, solidarios con el aparato que producen la corriente eléctrica.

El problema principal es el de la irregularidad del viento que cambia constantemente de dirección e intensidad.

Energía de la biomasa

Este recurso energético hace referencia a la energía contenida en las plantas y los residuos orgánicos. Puede extraerse alcohol de muchas plantas que produzcan sustancias azucaradas, el metanol de los árboles y aceites combustibles y comestibles de algunas semillas como la de girasol. También se puede producir el biogas, a partir de desechos orgánicos mediante la acción de bacterias metanogénicas. Este gas puede utilizarse para los motores de gas o calefacción.

Energía de las olas, maremotriz y térmica marina

Es posible extraer energía de las olas del mar, aunque se le ha prestado a este tipo de energía poca atención hasta ahora. Un proyecto japonés está basado en que el movimiento de la ola actúe sobre una cámara de compresión de válvulas que provocan la rotación de una turbina de aire, las cámaras van montadas sobre balsas. La potencia esperada es de 120 a 200 kw por turbina.

Por otra parte, debido a fenómenos de atracción gravitatoria del sol y la luna, grandes masas de agua de los mares se levantan desde unos pocos centímetros hasta varios metros y vuelven a descender, todo ello de forma periódica dando lugar a las mareas. Esto constituye un recurso energético que en algunos casos ya ha dado resultado como la central maremotriz de la Rance. Se trata de regular el avance de las mareas mediante la utilización de diques, cuando el agua se retira, acciona una batería de turbinas que conectadas a generadores producen corriente eléctrica.

En cuanto a la energía térmica marina, se fundamenta en el desnivel térmico existente entre la superficie de los mares y las capas profundas, sobre todo en las zonas tropicales. Se lleva a cabo un ciclo de Rankine con un fluido que evapore a las temperaturas adecuadas. Este procedimiento tiene hoy en día un bajo rendimiento.

Energía Geotérmica

Tiene dos vertientes de utilización: el vapor de agua que aflora en la superficie terrestre en zonas de inestabilidad volcánica y el aumento de temperatura que se registra al profundizar en el suelo, debido al flujo de calor procedente del centro de la tierra. Es decir, este recurso se presenta en forma de rocas y sedimentos calientes y fuentes termales. En las fuentes termales, si el manantial se presenta en forma de vapor se puede aprovechar mediante ciclos termodinámicos (se pone en marcha una turbina conectada a un alternador) obteniendo energía eléctrica. Si se presentan sedimentos calientes atravesados por agua, se pueden perforar pozos de extracción o inyección recuperándose agua caliente que se utiliza para ciclos termodinámicos. Si no hay agua, se puede inyectar un fluido que se recupera calentado.

Energía hidroeléctrica o hidráulica

Es la energía renovable más utilizada. En países donde existe una gran posibilidad de utilización de este recurso, constituye a veces más del 50% de la energía total del país. El calor solar evapora el agua de los mares y forma nubes que se transformarán en agua y nieve que volverán al mar, cerrando el ciclo de las aguas.

Mediante presas, se embalsa el agua de la lluvia,se hace llegar desde cierta altura a unas turbinas hidráulicas que accionan los alternadores para producir corriente eléctrica.

Aunque la energía obtenida depende estacionalmente del caudal, su ventaja principal es que no contaminan, aparte de que no consumen energías fósiles. No obstante, los grandes embalses producen alteraciones ecológicas en su entrono con fuertes cambios en la fauna y flora.

Energías alternativas

Las energías más conocidas por el papel que desempeñan en el aprovisionamiento energético del mundo actual son el carbón y el petróleo, dos fuentes de energía no renovables que, al ritmo del consumo actual plantean el problema de su agotamiento en un plazo de tiempo breve.

En los años previos al comienzo de la crisis energética del año 1973, la Humanidad venía basando su aprovisionamiento energético, fundamentalmente, en el petróleo, considerándolo como una fuente de energía casi inagotable. Sin embargo, un recurso que la Naturaleza había tardado millones de años en crear, el hombre llevaba camino de agotarlo en poco tiempo. Como era necesario encontrar otras fuentes de energías que sustituyesen al petróleo,al lado de la hidráulica, el carbón y la nuclear, se empezó a investigar el aprovechamiento de las que se vienen denominando nuevas energías y nuevas tecnologías energéticas como energías alternativas. La novedad radica casi siempre más en las tecnologías que en las energías, ya que estas últimas suelen ser en realidad, viejas fuentes de energía como la solar, la eólica, la del mar...

El proceso de sustitución del petróleo por otras formas de energía implica la existencia de una fuente de energía alternativa, de una tecnología que permita utilizarla y de un proceso de explotación y utilización rentable. En el campo de las nuevas energías y nuevas tecnologías, los problemas se sitúan tanto a nivel tecnológico como económico.

La energía geotérmica es prácticamente inagotable, se encuentra en el interior de la tierra y normalmente se manifiesta en forma de géiseres.

Centrales eléctricas geotérmicas funcionan en Estados Unidos, Italia, Nueva Zelanda, México, Centroamérica, Islandia y Rusia.

En España los recursos geotérmicos son escasos aunque se están realizando investigaciones en el Pirineo Catalán y en Las Islas Canarias.

Se presenta en forma de rocas y sedimentos calientes y fuentes termales. En las fuentes termales, si el manantial se presenta en forma de vapor se puede aprovechar mediante ciclos termodinámicos (se pone en marcha una turbina conectada a un alternador) obteniendo energía eléctrica. Si se presentan sedimentos calientes atravesados por agua, se pueden perforar pozos de extracción o inyección recuperándose agua caliente que se utiliza para ciclos termodinámicos. Si no hay agua, se puede inyectar un fluido que se recupera calentado Existen problemas técnicos, económicos, de rendimiento.. que aun no se han superado y que dificultan notablemente su aprovechamiento a gran escala.

La energía eólica ya fue utilizada en la antigüedad por buques y molinos. Se debe a la energía cinética del aire, la potencia que se obtiene es directamente proporcional al cubo de la velocidad del viento, por tanto pequeñas variaciones de velocidad, dan lugar a grandes variaciones de potencia. Los aparatos que se utilizan para transformar la energía cinética en electricidad se llaman aerogeneradores. Están provistos de dos o más palas que giran por la acción del viento, este movimiento se transmiten a una dinamo o a un alternador, solidarios con el aparato que producen la corriente eléctrica. En la actualidad existen dos modelos de aerogeneradores: los de eje horizontal y los de eje vertical. Los primeros constan de una hélice o rotor acoplada a un conjunto soporte llamado góndola o navecilla (en donde están albergados el aerogenerador y la caja de engranajes) montados ambos sobre una torre metálica o de hormigón. La hélice o rotor puede estar situada enfrentada a la dirección del viento (a barlovento) o no (a sotavento). En el primer caso el aerogenerador debe de tener un dispositivo que oriente las palas en la dirección del viento, pero a cambio los efectos de la carga de fatiga sobre estas es menor.

En cuanto los aerogeneradores de eje vertical, presentan la ventaja de que, al tener colocado el generador en la base de la torre, las tareas de mantenimiento son menores. Sin embargo su rendimiento es menor que el de los de eje horizontal.

En general, no se puede pensar en la instalación de grandes centrales eólicas. sino en unidades que, al parecer no podrán rebasar los 5000 kw de potencia. Generalmente esta energía es bastante irregular, se aplica en instalaciones descentralizadas, por ejemplo en granjas que se encuentran en zonas de viento aprovechables.

El mar puede proporcionar energía de distintas maneras. Se puede aprovechar la energía de las olas aunque existen problemas técnicos y económicos que dificultan enormemente su aprovechamiento. Los ensayos más avanzados se realizan en el mar del norte.

Un proyecto japonés está basado en que el movimiento de la ola actúe sobre una cámara de compresión de válvulas que provocan la rotación de una turbina de aire, las cámaras van montadas sobre balsas. La potencia esperada es de 120 a 200 Kw por turbina.

El posible aprovechamiento de la energía maremotriz (o energía de las mareas) se basa en la diferencia de nivel existente entre las posiciones de pleamar y bajamar, que permite el aprovechamiento de la energía mecánica por medio de un generador eléctrico. Para ello se necesita una configuración adecuada de las costas y un desnivel mínimo de cinco metros entre ambas posiciones por lo que hay pocos punto costeros que permitan la utilización de estas centrales.

Otro tipo de energía que se puede aprovechar utilizando el mar o los océanos como recurso, es el gradiente térmico del océano. Existen diversos proyectos que consisten en aprovechar las diferencias de temperaturas existentes entre las aguas superficiales y las profundas, sobre todo en las zonas tropicales, para convertir agua en vapor o determinado gas en líquido y hacer pasar este fluido por una turbina generador, produciendo electricidad. Aunque la teoría es sencilla, las dificultades reales son muy considerables.

La energía solar se puede almacenar en la biosfera en forma de biomasa que esta creciendo, plantas y animales. La biomasa como recurso energético se puede aprovechar para producir energía térmica u obtener determinados combustibles.

Como el petróleo es una fuente de energía no renovable, se buscan productos combustibles alternativos que puedan ser cultivados. Hay muchas plantas de las que se pueden obtener productos energéticos, a los que se les denomina "gasolinas verdes". Las experiencias más importantes se han realizado en Brasil. Es un camino prometedor.

También se estudian las posibilidades energéticas de las basuras. Existen en Estados Unidos algunas pequeñas centrales eléctricas que queman biomasas residuales. En otros países, como, por ejemplo, España, se fabrican combustibles a partir de residuos madereros, de la cascarilla del arroz y del café. Existen experimentos que intentan la transformación directa de la celulosa en alcohol mediante una vía biotecnológica, que permitirá la fabricación de combustibles a partir de la madera.

Por último, se está ensayando la obtención de gases combustibles a partir del estiércol del ganado.

El carbón es una vieja fuente de energía que vuelve a estar de actualidad y puede suponer una importante aportación mediante la aplicación de nuevas tecnologías que permiten explotar yacimientos que antes eran difíciles o no rentables y obtener un mayor rendimiento de la combustión del mineral. Dado que los carbones nacionales son pobres, la aplicación de esta técnicas puede ser interesante en España si realmente alcanzan un nivel adecuado de desarrollo. Se están investigando técnicas de gasificación y otros sistemas para su mejor aprovechamiento. Las simplificaciones técnicas vinculadas a los combustibles líquidos, permiten reducciones en los gastos de funcionamiento y de equipos que se impondrán en la mayoría de los sectores industriales. Actualmente se desarrollan trabajos de revalorización de los carbones: licuefacción, gasificación y carbón pulverizado:

La licuefacción pretende transformar el carbón sólido inicial en un líquido de propiedades semejantes a los petróleos. Requiere unos equipos pesados y caros.

La gasificación consiste en la transformación del carbón sólido en gas combustible. Pero sólo una fracción de la energía inicialmente contenida en el carbón queda disponible en el producto final. Además tiene que competir con el gas natural.

Las dos técnicas anteriores no son, hoy por hoy, económicamente viables. El carbón pulverizado se utiliza en suspensiones, se pulveriza el carbón unas decenas de micras y se dispersa el polvo en un fluido vector (gas o líquido). Si es un gas debe de ser inerte, si es un líquido se suele utilizar el agua, fuel o el etanol. Este experimento es el que presenta mayor futuro, las múltiples mezclas de carbón/líquido constituyen una alternativa viable para muchas economías.

La energía solar llega a la superficie de la Tierra por dos vías diferentes: incidiendo en los objetos iluminados por el Sol (radiación directa) o como reflejo de la radiación solar absorbida por el aire y por el polvo (radiación difusa). Con las tecnologías actualmente disponibles, sólo la primera es aprovechable de manera eficaz, de forma masiva, aunque algunos sistemas (colectores planos y células fotovoltaicas) aprovechan la segunda en determinada medida.

Cuando un objeto se expone a la radiación solar,su temperatura se eleva hasta que las pérdidas de calor igualan las ganancias. Las pérdidas dependen de la emisión de radiación del material caliente, del movimiento del aire frío que le rodea y de la conductividad térmica de los objetos en contacto con él. Las ganancias dependen de la intensidad de la radiación solar y del poder absorbente de su superficie. La radiación solar se puede recoger de dos maneras fundamentales: cubriendo una superficie receptora con una lámina transparente a la luz del sol de vidrio o plástico, y enfocando la radiación solar recibida en una gran superficie a un receptor de superficie pequeña. En la actualidad, la energía solar está siendo aprovechada por dos vías: la térmica y la fotovoltaica.

Los sistemas solares basados en la vía térmica pueden ser de baja, media y alta temperatura:

Los de baja temperatura se emplean para calefacción, climatización de locales, producción de agua caliente sanitaria etc. Consisten en un conjunto de elementos llamados colectores, que absorben la radiación solar y la transmiten en forma de calor a un fluido que circula por unos conductos que se encuentran en contacto con el colector, de modo que la energía transportada por dicho fluido permite alimentar a un sistema de calefacción. Estos sistemas aprovechan la energía solar a temperaturas que oscilan entre 35 y 100 grados.

Las instalaciones de media temperatura más representativas, son utilizadas generalmente para la producción de vapor de cara a su aplicación a procesos industriales, o incluso para la generación de energía eléctrica, son los colectores distribuidos. Estas instalaciones constan de un conjunto de colectores de concentración, generalmente de forma cilíndrico-parabólica que recogen la energía solar y la transmiten a un fluido (aceite térmico p.e.) en forma de calor. Este fluido se calienta y transporta dicha energía calorífica por medio de un circuito primario, hasta una caldera en donde es transferida a otro fluido que circula por un circuito secundario. Este fluido (generalmente agua) se convierte en vapor a gran temperatura y es enviado a un grupo turbina-alternador para generar energía eléctrica merced a un ciclo termodinámico convencional, o es utilizado para alimentar procesos industriales o sistemas de calefacción. Las instalaciones de este tipo aprovechan la energía solar a temperaturas comprendidas entre los 100º y 300ºC.

Las instalaciones para el aprovechamiento solar a alta temperatura de cara a la producción de electricidad más extendidas son las centrales termoeléctricas de receptor central. Constan de una superficie de espejos (helióstatos) que reflejan la radiación solar y la concentran en un punto receptor transmitiendo un fluido (agua, sales fundidas, sodio, aire..) que circula por un circuito primario, este se calienta y es enviado a una caldera en la que convierte en vapor el fluido (generalmente agua) que circula por un circuito secundario, este a su vez pone en movimiento un grupo turbina-alternador produciendo energía eléctrica.

En cuanto a los sistemas solares fotovoltaicos, consisten en un conjunto de células solares o fotovoltaicas realizadas con un material semiconductor (germanio o silicio) dispuestos en paneles que transforman directamente la energía solar en eléctrica. Este tipo de instalaciones se encuentran en su fase de desarrollo, ya que el coste de una célula solar es aún muy elevado.